化学原子・元素有機化合物無機物質理科

5分でわかる「オクテット則」価電子のルールを理系ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回のテーマは「オクテット則」だ。

高校で化学を勉強していると必ず学ぶオクテット則。これは大変便利な考え方ではあるんだが、一方で例外も数多くある。なぜ便利で、かつなぜ例外が多くあるのか?

国立大学の理系出身で、化学に詳しいライターのNaohiroと一緒に解説するぞ!

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/Naohiro

国立大学の理系出身。環境科学について学んだ後、技術者として化学に携わってきた知識と経験をもとにオクテット則について分かりやすく解説する。

1. オクテット則の歴史

image by iStockphoto

時は20世紀初頭、1913年にニールス・ボーア(Niels Bohr)がボーアの原子模型を確立した3年後のことです。1916年同時期に最外殻電子が8個の状態が化学的に安定であるという点に着目して化学結合について論文を公表した人物が2人いました。1人の名前はドイツ人物理学者ウォルター・コッセル(Walther Kossel)、そしてもう1人がアメリカ人物理化学者ギルバート・ニュートン・ルイス(Gilbert Newton Lewis)です。

その際ルイスが発表した論文”The Atom and the Molecule(原子と分子)”で初めて電子式立方体原子模型が登場することになったのですね。今ではこの論文もインターネット上で見ることができるようになっています。化学の歴史が大きく動いた瞬間の感動を味わうことができますので、興味があればぜひ見てみてください!

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ルイスは1902年には講義ノートに立方体原子模型を書き始めていた。そしてその業績は化学だけでなく相対性理論、熱力学、経済学にまで及んでいる。まさに天才と言える人物だ。

2. オクテット則の考え方

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オクテット則(Octet rule)とは、先ほど説明したアメリカ合衆国の物理学者ギルバート・ニュートン・ルイス(Gilbert Newton Lewis)が考え出した「原子の最外殻電子の数が8個あると化合物やイオンが安定に存在する」という経験則です。オクテット(Octet)というのは「8個組」を意味する言葉で、立方体の8つの隅に電子を配置したモデルとして考えられたことからきています。そのため日本語で八隅説(はちぐうせつ)と言われることがあるのですね。

さて、ルイスがオクテット則を提唱した背景には「具体的な理屈は分からないが最外殻電子が8個になるものが多い。」という事実がありました。その裏付けとなる原子や分子たちを見ていきましょう。

2-1. 希ガス(貴ガス)の最外殻電子は8個

まず質問です。化学反応を起こさない(起こしにくい)単原子分子(たんげんしぶんし)と言えば?そう、希ガスですよね。希ガスの歴史は意外と浅く、1868年にフランスの天文学者ピエール・ジャンサンとイギリスの同じく天文学者ノーマン・ロッキャーがそれぞれヘリウムを発見1894年から1898年の間にスコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーが主体となりネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンを発見していきました。まずこれらの希ガスの電子配置をみていってみましょう。

image by Study-Z編集部

この表を見てみると、ヘリウムを除き全ての最外殻電子が「8」となっていることがわかりますね。そう、1900年初めの時点で希ガスの最外殻電子数は8個であり、それが「なぜかは分からないが」原子や分子の安定に関係しそうだという予測が立てられる状況だったのです。

そこから分子を形成している原子の最外殻電子をみていくとやはり8個であることが多いこともわかります。そう、オクテット則はそれらの傾向、経験から生み出された法則なのです。

2-2. ルイスの立方体原子模型

そんな中ギルバート・ルイスは立方体の8つの頂点に電子が配置されることで安定的な化学結合が形成されるという論文を発表します。

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